.The Quantum Battery That Flipped Entanglement: A Stunning Reversal of the Rules
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얽힘 현상을 뒤집은 양자 배터리: 규칙의 놀라운 반전
바르샤바 대학교 에서2025년 7월 9일 초록 양자 역학 입자 얽힘 새로운 연구에 따르면 양자 배터리를 연결하면 얽힘 현상을 역전시킬 수 있습니다. 이 발견은 양자 세계의 규칙을 새롭게 정의합니다. 출처: Shutterstock
과학자들은 얽힘 배터리라는 개념적 장치를 사용하여 오랫동안 불가능하다고 여겨졌던 양자 얽힘을 가역적으로 만드는 방법을 발견했습니다. 일반 배터리가 에너지를 저장하는 것처럼, 이 이론적 도구는 얽힘을 저장하고 해제하여 양자 상태를 손실 없이 변환하고 역전시킬 수 있습니다. 이 획기적인 발견은 열역학 원리를 반영하는 양자 역학의 새로운 "제2 법칙"을 제시하며, 더욱 효율적인 양자 기술과 양자 자원 조작을 위한 통합 프레임워크로 가는 문을 열어줍니다.
양자 제2 법칙이 등장하다 프랑스 물리학자 사디 카르노가 열역학 제2법칙을 도입한 지 200여 년 만에 과학자들은 양자 세계에서 놀랍도록 유사한 법칙을 발견했습니다. 국제 연구팀은 이른바 '얽힘 조작의 제2법칙'을 발견했습니다. 이 새로운 법칙은 양자역학의 핵심 현상인 양자 얽힘이 열역학에서 열이나 에너지의 거동과 마찬가지로 가역적으로 조작될 수 있음을 보여줍니다. 지금까지 많은 전문가들은 이러한 가역성은 불가능하다고 생각했습니다.
2025년 7월 2일 Physical Review Letters 에 발표된 이 연구 결과는 얽힘의 기본적 특성과 미래 양자 기술에서 이를 더욱 효과적으로 활용할 수 있는 방법에 대한 강력하고 새로운 통찰력을 제공합니다. 얽힘은 양자 물리학의 가장 매혹적이고 필수적인 특징 중 하나입니다.
두 입자가 얽히면, 두 입자가 멀리 떨어져 있더라도 하나를 측정하면 다른 하나에 대한 정보를 즉시 얻을 수 있습니다. 이 기묘한 연결은 약 90년 전, 양자 이론이 현실을 완벽하게 설명할 수 있다는 생각에 대한 도전으로 처음 제안되었습니다. 오늘날 이는 널리 받아들여지고 있으며 양자 정보 과학의 기반을 형성합니다.
얽힘은 양자 순간이동을 가능하게 하고, 양자 암호를 통해 통신을 보호하며, 컴퓨팅, 감지 등 여러 분야에서 획기적인 발전을 가져올 것으로 기대됩니다. 얽힘은 일상적인 직관에는 여전히 생소하게 느껴지지만, 연구자들은 얽힘과 열역학(열과 에너지의 과학) 사이의 놀라운 연관성을 발견했습니다. 한 가지 예로 "얽힘 엔트로피"라는 것이 있는데, 이는 이상적인 양자계의 특성으로 고전 열역학에서 엔트로피가 작용하는 방식과 매우 유사합니다.
이러한 유사점은 과학자들이 양자 우주에 대한 더 깊고 통합된 이해를 구축하는 데 도움이 되고 있습니다.
가역성 얽힘 배터리 얽힘 배터리 그림. 이 배터리는 두 얽힘 상태 사이의 가역적인 상호 변환을 가능하게 합니다. 출처: "얽힘 배터리를 이용한 얽힘 조작의 제2 법칙", Phys. Rev. Lett. 저자: Alexander Streltsov, American Physical Society
가역적 얽힘을 쫓다
그러나 열역학 제2법칙에 상응하는, 즉 과정은 무질서(앞서 언급한 엔트로피)가 증가하는 경향이 있으며, 완벽한 가역성은 달성 가능하지만 드물고 고효율적인 이상이라는 주장은 여전히 고집스럽게 실현 불가능한 것으로 남아 있습니다.
여기서 가역성은 시간 대칭성을 의미하는 것이 아니라, 외부 작용자가 시스템을 다른 상태로 조작한 후 손실 없이 초기 상태로 되돌릴 수 있는 능력을 의미합니다. 연구 공동 저자인 툴야 바룬 콘드라는 "열역학 제2법칙과 유사한 제2법칙을 찾는 것은 양자 정보 과학의 미해결 과제였습니다."라고 말하며, "이 문제를 해결하는 것이 우리의 주된 동기였습니다."라고 덧붙였습니다. 이 문제를 해결하기 위한 많은 연구는 멀리 떨어져 있는 두 당사자(흔히 앨리스와 밥이라고 함)가 양자 정보를 교환하고자 하지만, 양자 시스템에서 국소적으로 동작하고 전화나 인터넷과 같은 고전적 방식으로 통신해야 하는 상황에 집중되어 왔습니다.
이러한 국소적 동작과 고전적 통신(LOCC)에 대한 제한은 상황을 단순화합니다. 즉, 앨리스와 밥이 무엇을 하든 양자 시스템 간 얽힘의 본질적인 비국소적 특성에 영향을 미칠 수 없습니다. "이 시나리오에서 LOCC 작동 시 얽힘은 되돌릴 수 없다는 것이 알려져 있습니다."라고 연구 주저자인 알렉산더 스트렐초프는 설명합니다. "따라서 문제는 우리가 어떻게든 LOCC를 의미 있는 방식으로 넘어서서 가역성을 회복할 수 있느냐는 것입니다."
앨리스와 밥이 추가적인 얽힘 시스템, 즉 얽힘 배터리를 공유한다는 전제 하에, 연구팀은 '그렇다'라고 답합니다. 얽힘 배터리를 사용한 변환에 동력을 공급하다 일반 배터리가 열역학의 맥락에서 일을 주입하거나 저장하는 데 사용할 수 있는 에너지를 저장하는 것처럼, 얽힘 배터리는 얽힘을 주입하고 저장합니다. 배터리는 상태 변환 과정에 사용될 수 있으며, 배터리 자체의 상태를 변경하여 연산을 수행할 수 있습니다. 규칙은 단 하나뿐입니다. 앨리스와 밥이 무엇을 하든 배터리 내 얽힘 수준을 낮춰서는 안 됩니다.
일반 배터리가 배터리 없이는 불가능한 작업을 수행할 수 있는 것처럼, 얽힘 배터리도 마찬가지입니다. 연구팀은 가상 얽힘 배터리를 표준 LOCC 작업에 적용함으로써, 모든 혼합 상태 얽힘 변환을 완벽하게 가역적으로 만들 수 있음을 입증했습니다. 이 업적은 얽힘 조작이 일반적으로 가역적인지에 대한 논쟁에 상당한 기여를 합니다. 그러나 이 연구의 더 중요한 결과는 연구자들이 개발한 방법론이 혼합 상태 얽힘 변환을 넘어서도 적용 가능함을 보여주었다는 것입니다.
이를 통해 연구자들은 얽힘 이론을 활용하여 다양한 시나리오에서 가역성을 검증할 수 있게 되었습니다. 모든 양자 상태에 걸친 얽힘 조작이 가역적임을 증명하는 것은 얽힘 조작에 대한 일련의 제2 법칙을 도출해 낼 것으로 예상됩니다.
얽힘 너머: 자원 배터리 얽힘
배터리는 얽힘 이론 이외의 분야에서도 활용될 수 있습니다. 예를 들어, 동일한 원리가 두 개 이상의 얽힌 입자를 포함하는 시스템에도 적용되어 복잡한 양자 네트워크를 이해하고 조작하며, 어쩌면 미래의 고효율 양자 기술을 개발하는 데 도움이 될 수 있습니다. 또한, 얽힘 배터리 개념을 자원 배터리(해당 자원을 감소시키지 않고 변환 과정에 참여하는 추가적인 양자 시스템)로 일반화하면 최소한의 가정에 기반하여 양자 물리학 전반에 걸쳐 가역성을 체계적으로 증명할 수 있습니다.
스트렐초프는 "결맞음이나 자유 에너지를 보존하는 배터리를 가지고 있다면, 얽힘 대신 시스템의 특정 자원을 가역적으로 조작하는 가역적 프레임워크를 이 환경에서 공식화할 수 있습니다."라고 말합니다. "이러한 가역성의 다른 원리들 중 다수는 이미 다른 접근법을 통해 검증되었지만, 우리의 기술은 잘 확립된 물리적 원리에 기반한 통합된 증명 프레임워크를 제공합니다."
참고문헌: Ray Ganardi, Tulja Varun Kondra, Nelly H. Y. Ng, Alexander Streltsov 저, "얽힘 배터리를 이용한 얽힘 조작의 제2 법칙", 2025년 7월 2일, Physical Review Letters . DOI: 10.1103/kl56-p2vb
메모 2507100445_소스1.분석중【】
1-2.양자 제2 법칙이 등장하다
프랑스 물리학자 사디 카르노가 열역학 제2법칙을 도입한 지 200여 년 만에 과학자들은 양자 세계에서 놀랍도록 유사한 법칙을 발견했다. [국제 연구팀은 이른바 '얽힘 조작의 제2법칙'을 발견했다.]
[이 새로운 법칙은 양자역학의 핵심 현상인 양자 얽힘이 열역학에서 열이나 에너지의 거동과 마찬가지로 가역적으로 조작될 수 있음을 보여준다. ]지금까지 많은 전문가들은 이러한 가역성은 불가능하다고 생각했다.
_[1-2】양자 제2 법칙은 무질서가 계속진행 중이다. oms.vix.ain의 원형은 하나이지만 분화된 키랄 대칭의 모습은 무한대의 무질서와 불예측적인 우주로 향한다. 어허. 이곳에는 susqer의 얽힘 이동은 가히 비국소적인 우주적 돌진 사건 펄사가 나타난다. 으음.
양자 얽힘은 qpeoms내에 susqer, rivery 구조이다. msbase에서는 부분합의 교환이다. 이로 인하여 전체적인 magicsum 상태는 전혀 변하지 않는다.
마치 수식의 등변 사이를 두고 좌우 이동하지만 절대값은 같고 부호만 달라지는 원리와 유사하다. 또한 샘플1.에서, 혹은 숫자의 단위에서 0의 위치만 색깔이 달라지는 것일 수 있다.
sms.oms.vix.ain의 무질서가 무한대로 풍부히 증가하여도 키랄 대칭성을 유지할 수 있다. 이는 얽힘의 제2의 열역학이다. 어허.
sample1.
msbase12.qpeoms.2square.vector
oms.vix.a'6,vixx.a(b1,g3,k3,o5,n6)
b0acfd|0000e0
000ac0|f00bde
0c0fab|000e0d
e00d0c|0b0fa0
f000e0|b0dac0
d0f000|cae0b0
0b000f|0ead0c
0deb00|ac000f
ced0ba|00f000
a0b00e|0dc0f0
0ace00|df000b
0f00d0|e0bc0a
_【】나의 이론에서 얽힘의 구조는 두 요소가 이동 가능한 qpeoms.(susqer,rivery) 상태이다. 혹은 msbase.nksum의 교환 상태의 부분적 구조이다.
이들이 배터리의 *열역학 제2법칙의 유사성을 가졌을 수도 있다.
ㅡㅡㅡㅡㅡㅡㅡ
참고로,
*열역학 제2법칙 : 자연 현상은 무질서도가 증가하는 방향으로 일어난다.
열역학 제1법칙에서는 열과 일의 방향성에 대해서는 제한을 두고 있지 않는다. 열역학 제2법칙은 특정한 방향으로만 진행되며, 그 반대 방향으로는 진행되지 않는다는 것이다.
예를 들어, 뜨거운 커피를 방안에 두면 온도가 낮은 주변으로 열이 전달되어 커피는 식게 된다. 즉, 열이 고온에서 저온으로 이동하여 결국 평형을 이룬다는 것을 경험적으로 알고 있다. 반대로 온도가 낮은 주변으로부터 열을 받아 커피가 더 뜨거워지는 현상은 경험적으로도 비상식적이고, 실제로 일어나지도 않는 현상이다.
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